题目性质:自编仿真题——题目、材料、选项、数据与情境均为按课程标准与联招常见考点独立编写的原创仿真题,非真题原文,未取自任何题库、教辅或试卷;解析与采分点为教研整理,非官方评分标准。
一、考点定位与做题顺序
容斥的落点不是背公式,是给每个区域编号。二集合时把平面分成四块:只 A、只 B、A∩B、都不;三集合时是八块。先对号入座填数,再回答「至少/恰好/都不」,几乎不会错。
三条纪律:「至少」用并集(|A∪B|=|A|+|B|−|A∩B|);「恰好一个」要把交集从每个单集里剔掉再相加;「恰好两个」=Σ(两两交 − 三者交)。每算完用总数回验一遍:所有互斥区域之和必须等于总人数。下面数据为自编示意,不代表真实统计。
二、逐题精讲
题1
题1 二集合容斥与对立事件
自编调查:某年级一个班共 40 人,参加文学社的有 22 人,参加科创社的有 18 人,两个都参加的有 8 人。
(1) 求只参加文学社、只参加科创社、至少参加一个、恰好参加一个、两个都不参加的人数。(2) 用对立事件重算「至少参加一个」,并说明为什么「22+18」不能直接当答案。
解析
(1) 先填四块:A∩B = 8;只 A = 22 − 8 = 14;只 B = 18 − 8 = 10;都不 = 40 − (14 + 10 + 8) = 40 − 32 = 8。至少参加一个=|A∪B|=14 + 10 + 8=32,也等于 22 + 18 − 8=32。
恰好参加一个=只 A + 只 B=14 + 10=24;注意它不是 32(32 里含了 8 个「两个都参加」)。
(2) 对立事件法:设 E=「至少参加一个」,则 Ē=「两个都不参加」=既不在 A 也不在 B。由 (1) 的区域表,都不=8,故 |E|=40 − 8=32,与容斥一致。
为什么 22+18 不能直接用:把 A 与 B 的人数相加时,A∩B 的 8 人被数了两次,得到 40,恰等于全班人数,但它把「重叠的人」重复计入,既不是并集也不是任何一类所求区域。必须扣回一次交集:22 + 18 − 8=32。这里也顺带看出一个易混点:本题 |A|+|B|=40 纯属数值巧合,不能据此推断「全班都参加了」。
总数回验:14 + 10 + 8 + 8=40 ✓,四块互斥且穷尽,填区无误。
答案 (1) 只A=14,只B=10,至少一个=32,恰好一个=24,都不=8。(2) 对立事件:40−8=32;22+18 把交集 8 人重复计一次,须减 8。
采分点 只A=14 1 分;只B=10 1 分;至少一个=32(写出容斥式)1 分;恰好一个=24 1 分;都不=8 1 分;对立事件 40−8=32 1 分;说明 22+18 重复计交集 1 分;四块和回验 40 1 分。
易错点 把「恰好一个」答成 32;用 40−22−18 得 0 当作都不参加;看到 22+18=40 就断言全班都参加;扣交集时减两次;忘了四块之和回验。
题2
题2 三集合容斥与「恰好两个」
自编调查:同年级另一班 40 人,参加 A、B、C 三组的人数分别为 18、15、12;两两同时参加的为 |A∩B|=7、|A∩C|=5、|B∩C|=4;三组都参加的为 2 人。
(1) 求 |A∪B∪C|、三组都不参加的人数、恰好参加两组的人数、至少参加两组的人数。(2) 说明「恰好两组」为什么必须用「两两交 − 三者交」,直接把 7+5+4 相加错在哪里。
解析
(1) 三集合容斥:|A∪B∪C|=(18+15+12) − (7+5+4) + 2=45 − 16 + 2=31。
都不参加=40 − 31=9。
恰好参加两组:三个「两两交」里都含着那 2 个三组全参加的人,各剔一次
(7−2) + (5−2) + (4−2)=5 + 3 + 2=10。
至少参加两组=恰好两组 + 三组都参加=10 + 2=12。
区域回验(八块填数):只 A=18 − 5 − 3 − 2=8(A 里去掉 AB-only 5、AC-only 3、ABC 2);只 B=15 − 5 − 2 − 2=6;只 C=12 − 3 − 2 − 2=5;AB-only=5、AC-only=3、BC-only=2;ABC=2;都不=9。合计 8+6+5+5+3+2+2+9=40 ✓;且 |A|=8+5+3+2=18 ✓、|B|=6+5+2+2=15 ✓、|C|=5+3+2+2=12 ✓,三个单集全部闭合。
(2) 「两两交」包含三组都参加者:一个同时参加 A、B、C 的人,在 |A∩B|、|A∩C|、|B∩C| 里各被数了一次,共三次。直接 7+5+4=16,既把这 2 人重复计了三次,又把它当成「恰好两组」的区域和。正确做法是每一块减一次三者交,得 5+3+2=10;若要求「至少两组」,再把 ABC 的 2 补回来得 12。
更一般的记法:「恰好 k 个」看区域,「至少 k 个」看累积;三集合容斥末尾那个 +|A∩B∩C|,正是把「先减三次、再加一次」的净效果调成「扣两次」。
答案 (1) |A∪B∪C|=31,都不=9,恰好两组=10,至少两组=12。(2) 两两交各含三组全参加者,7+5+4 把 2 人各数三次;须每块减 2 得 10,至少两组再加回 2 得 12。
采分点 写出三集合容斥式 1 分;并集=31 1 分;都不=9 1 分;恰好两组=(7−2)+(5−2)+(4−2)=10 1 分;至少两组=12 1 分;八块填数并回验 40 1 分;说明三者交被数三次 1 分;点明「恰好看区域/至少看累积」1 分。
易错点 容斥末尾漏 +2 得 29;把 7+5+4=16 直接当恰好两组;「至少两组」再加一次 2 得 14;算只 A 时忘了减 ABC;不做单集闭合回验,看不出填区错误。
三、规律小结与对照表
| 所求 | 二集合公式 | 三集合公式 | 区域写法 | 易错点 |
|---|---|---|---|---|
| 至少一个 | |A|+|B|−|A∩B| | Σ单−Σ两两+三者交 | 所有非空区域求和 | 漏减交集/漏加三者交 |
| 恰好一个 | 只A+只B | Σ(单−相邻交+三者交) | 三个「只」区域 | 误用并集 32 |
| 恰好两个 | (二集合无此块) | Σ(两两交−三者交) | 三个「两两 only」 | 直接加两两交 |
| 至少两个 | |A∩B| | 恰好两组+ABC | 两两 only 加 ABC | 把 ABC 又加两次 |
| 都不 | 总数−|A∪B| | 总数−|A∪B∪C| | 全空区域 | 用 40−22−18 硬减 |
| 回验 | 四块和=总数 | 八块和=总数,且各单集闭合 | 互斥穷尽 | 不算单集闭合 |
容斥题先把平面切成互斥区域并填数,再按「至少/恰好」对号取块,最后用总数与各单集双重回验。三句记牢:「至少」求并集,「恰好」看区域,两两交里永远含着三者交。本题最典型的错是把 7+5+4=16 当「恰好两组」——那 2 个三组全参加的人被数了三次。本班人数、社团与项目均为自编示意数据,不代表任何真实统计。
四、自测清单
- □ 先画区域并逐块填数,不直接套公式;
- □ 「至少」用并集,「恰好」取对应互斥块;
- □ 三集合容斥末尾记得 +|A∩B∩C|;
- □ 恰好两组=Σ(两两交 − 三者交);
- □ 至少两组=恰好两组 + 三者交;
- □ 用「各区域和=总数」且「各单集闭合」双重回验。